Cours de Géologie

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Radar géologique

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Radar géologique

  • I - CONTEXTE GEOLOGIQUE.

    Il y a dans la région grenobloise 120km de falaises calcaires pouvant atteindre 400m de haut. Parfois, il y a doublement de la falaise comme la falaise d’urgonien de la Dent de Crolles au-dessus du plateau des Petites Roches et au-dessous de ce plateau la falaise de tithonique. Et en dessous, il y a des habitations.

    Risque = Probabilité de l’éboulement X vulnérabilité

    La vulnérabilité permet de quantifier les dommages qu’un évènements peut causer aux biens ou aux personnes. Pour déterminer le risque, il est donc nécessaire de connaître l’aléa qui dépend l’état de fracturation de la roche de ces falaises. L’instabilité d’un ensemble dépend de deux types de facteurs : les facteurs intrinsèques (falaise, relief, nature des terrains, l’héritage tectonique…) et de facteurs aggravants (gel, précipitations…).

    Une certaine connaissance peut être acquise par des mesures géophysiques. Ces mesures géophysiques permettent d’acquérir une certaine connaissance jusqu’à 30m de profondeur dans le calcaire, 10 à12m dans de l’argile.

    Les mécanismes de la rupture ne sont pas bien connus car celle ci est brutale et imprévisible. Le recours est l’analyse a posteriori des typologies de rupture dans cette zone. Exemple des gorges de la Bourne dans le Vercors où la stratification horizontale est recoupée par des diaclases verticales ; l’ensemble assure le découpage de la roche qui peut être en surplomb au-dessus de la route.

    Pour déterminer les zones à risques, une analyse des discontinuités : failles, fractures, joints est nécessaire, elle est limitée aux éléments visibles car les informations sur l’état de la roche en profondeur ne sont pas disponibles. Dans la région de Grenoble, une recherche des zones à risques a été faite en prenant des photos stéréoscopiques par hélicoptère afin de repérer les principales failles.

    Des études sont en cours reposant sur l’analyse des cicatrices de ruptures. L’examen de la falaise après un éboulement montre que les joints rocheux qui ont entraîné l’éboulement par leur rupture ne représentaient plus qu’une faible part de la surface commune ( souvent moins de 5%). La mesure de la surface de joint rocheux restant est difficile, même avec un radar et elle nécessite un matériel ayant une résolution suffisante.

     

    II – MESURES GEOPHYSIQUES

    Il y a quatre types de mesures physiques utilisées en géologie :

    • ondes sismiques
    • courants électriques
    • ondes électro magnétiques
    • gravimétrie.

    Seule l’utilisation des ondes électro magnétiques avec un radar permet une résolution compatible avec le besoin. Ces ondes (20MHz à 2GHz) sont émises par une antenne positionnée au plus près de la roche et la mesure est faite avec une antenne réception positionnée ailleurs au plus près aussi de la roche.

     

    Le signal obtenu a la forme suivante :

    Il y a trois manières de faire les mesures, chacune fournit des informations différentes :

    1 – Mesures par réflexion

    2 – Mesures CMP (point milieu commun)

     

     

     

    Cette méthode permet de tracer des graphiques où les fractures apparaissent sous forme d’hyperboles dont la courbure donne la vitesse des ondes dans le milieu.

    3 – Mesures par transmission.

     

    L’utilisation d’un nombre important de mesures par transmission permet un traitement donnant le champ des vitesses de transmission (tomographie). Les résultats obtenus avec ce traitement se révèlent peu satisfaisants par manque de résolution (remarque perso : on ne peut faire des mesures que sur deux des quatre cotés du bloc et cela me paraît déterminant vis à vis des résultats).

    Deux sites ont fait l’objet de campagnes de mesures :

    1 – le Rocher du Mollard en Chartreuse (école d’escalade), falaise facile d’accès et équipée, dont la géologie est simple sans instabilité et où des fractures sont visibles. Ce site est choisi pour tester le radar et mettre au point la méthodologie.

    2 – une écaille instable de 3000m3 dans la falaise E du Vercors au-dessus de Varces (Rochers de la Bourgeoise).

     

    III – MESURES FAITES EN CHARTREUSE.

    Validation de la méthode.

    Les fractures visibles sont orientées N140°, sur le coté de la falaise quelques fractures sont visibles avec une autre orientation.

    Un profil vertical et un profil horizontal ont été réalisés par réflexion avec un point tous les 20cm ainsi qu "un profil par transmission.

    Profil supposé des fractures dans la falaise.

    Ces profils sont réalisés avec plusieurs valeurs de fréquence entre 50 et 200MHz. La, profondeur visible diminue avec la fréquence et la détection à faible profondeur s’améliore.

    (a) 50MHZ (b) 100 MHZ (c) 200MHz (d) 400MHz

    Des fractures non visibles sont mises en évidence. Une série de mesures CMP permet de tracer les hyperboles par fracture et de déterminer la vitesse en fonction de la profondeur.

    La vitesse dans le milieu est fonction de la fréquence, dans la gamme utilisée, elle est de 30cm/nsec (10-9 sec) dans l’air, 11 à 12 dans un calcaire, 7 à 8 dans les argiles. Cette détermination de la vitesse de propagation en fonction de la profondeur permet de savoir si la fracture est ouverte ou comblée par un matériau différent.

    En figurant dans l’espace les mesures verticales et horizontales faites (deux plans perpendiculaires), on obtient une certaine visualisation 3D des fractures.

    Pour les mesures faites par transmission, ou l’essai de traitement en tomographie, l’analyse des hyperboles montre des décrochements des hyperboles à la traversée des fractures.

     

    IV – MESURES FAITES EN VERCORS.

    Les mêmes mesures ont été faites sur le rocher instable dans la falaise du Rocher de la Bourgeoise. Ils ont confirmé les constations faites en Chartreuse. Il reste que pour avoir une bonne idée de la stabilité de blocs, il faudra faire des mesures suffisamment nombreuses par exemple pour quantifier les joints pierreux existants.

    Falaise du Rocher de la Bourgeoise, fractures visibles et cavité explorable

     

    Mesures CMP faites sur le Rocher de la Bourgeoise.

    Comparaison entre les mesures sur site et les calculs selon un modèle

    Référence : Thèse de Mathieu Jeannin septembre 2005

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